페러데이 유도법칙 예비- 결과 보고서

소개글

페러데이 유도법칙 예비- 결과 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.실험목적
2.이론 및 원리
3.실험장비 및 기구
4.실험방법
5.실험결과
6.결론 및 토의
7.Reference

본문내용

ry,기호 H)라고 한다.
3.코일에 흐르는 유도 전류
모든 코일은 전류 변화를 반대하는 자체 유도 계수 L을 가지므로 코일을 흐르는 전류는 일종의 관성을 갖는 것처럼 흐르게 된다. 스위치를 닫아 코일에 전류를 흐르게 하면 역기전력이 생겨 전류는 급격히 증가하지 않고 서서히 증가하여 그 변화는 작게 된다.
*실험원리
간단한 전동기의 구조를 살펴보기로 하자. 아래 그림은 영구 자석에 의한 자기마당 안에서 감긴 줄토리(코일)에 전류가 흐를 때 줄토리에 생기는 돌림힘을 이용한 직류 전동기의 작동 원리를 보여주는 것이다. 직류전류가 흐르는 줄토리는 자기마당을 만들어 내며 마치 영구자석과 같은 역할을 한다. 따라서 두 자석의 같은 극끼리 가까이 있을 때 돌림힘을 받아서 줄토리는 돌아간다.(a~c) 이제 (c)의 위치에서는 서로 다른 극끼리 가까이 있게 되므로 두 극은 서로 잡아 당겨 더 이상 도는 것을 방해하나, 줄토리의 돌기 운동의 관성이 어느정도 벗어나게 하며(d) 또, 이때 줄토리의 접촉 단자(j)의 작용으로 줄토리에 흐르는 전류의 방향을 뒤집어 새로운 돌림힘을 계속 해서 받도록 한다. 이와같은 과정으로 (e~f)줄토리의 돌기가 계속되고 줄토리에 연결된 축을 돌리는 원리이다.
교류 발전기에서는 영구 자석에 의한 자기마당 안에서 도체로 된 고리를 돌려서 (이때 돌리는 힘은 물의 퍼텐셜에너지나 석유, 석탄 등의 화학에너지 또는 원자력 에너지등을 이용한다.) 이끌리는 기전력을 이용한다. 즉, 아래 그림의 (c)에서와 같이 고리의 단면에 수직한선이 자기마당과 각도 를 이룰 때 고리면을 지나는 자기다발은
= (1)
이고 고리가 일정한 각속도 로 돌고 있을때 시간 t에서의 고리의 방향각 는
= (2)
라고 할 수 있으므로, 이 고리에 이끌린 기전력은 페러데이의 전자기이끎 법칙에 의해
= = (3)
즉, 같은 각떨기수 로 변하는 교류 기전력이다. 일반적으로 고리의 면적이 A, 감긴수가 N인 줄토리의 경우 이끌린 기전력은
= (4)
이번에는 벨트에 의해 따라서 도는 전동기 즉, 직류 전동기를 반대로 직류 발전기로 사용하는 경우를 살펴보기로 한다. 아래 그림의 전동기는 두 개의 고리가 서로 직각을 이루고 있으며, 따라서 접촉 단자에 의해 이끌린 기전력이 큰 동안만 서로 교대하면서 기전력을 제공하게 되어 있다. 따라서 이 전동기를 돌렸을 때 발생하는 출력 전압
(5)
의 파형을 보면 전동기의 회전수보다 4배의 떨기수를 갖는 것으로 보이며, 평균 전압은
(6)
으로, 최대전압 의 약 0.9배, 최소 전압은 배가 된다.
이 실험에서는 최대 자기마당이 약 0.11T 인 자석속에 5개의 줄토리가 72간격으로 감겨져 있는 전동기를 사용한다. 이 전동기를 돌렸을 때 생기는 전압의 파형과 평균 전압 및 최소 전압의 크기는 얼마인지 생각해본다.
3. 실험장비 및 기구
① 페러데이법칙 실험세트
② 직류전압계
③ S-CA system
4. 실험방법
① 실험장치세트에 전원을 연결한다. 전원은 S-CA server의 후면의 직류전원 출력단자를 이용한다.
② AC 출력단자를 S-CA server 전면의 입력단자 CH A에 연결한다.
③ S-CA server의 전면에 있는 직류전원 조절단자를 반시계방향으로 끝까지 돌려놓는다.
④ S-CA Server의 전원 스위치를 켜고 분석프로그램을 실행한다.
⑤ 분석프로그램의 인터페이스 보기메뉴에서 스코프보기를 실행한다. 스코프의 조정방법은 S-CA 사용법을 참고한다.
⑥ 직류전원 조절단자를 이용하여 전동기를 구동한다. 구동시킬 때 전압에 따른 전류를 0~9V범위에서 측정한다.
⑦ 공급한 전압에 따라 발생한 출력전압의 파형 (시간에 따라 변하는 모양)을 관찰하고 주기를 측정한다.
⑧ 실험기기의 출력단자를 DC에 연결하고 위의 실험을 반복한다.
⑨ DC 출력단자를 관찰하고 왜 그렇게 나타나는지를 생각해본다.
⑩ 자석을 바꾸어서 위의 실험을 반복한다.
5. 실험결과
(1)AC단자
: 25ms
전압의 최대 최소값 차: 0.55V
주기 : 75ms
코일의 각속도 : 83.7rad/s
()
최대전압 = 0.21V
(=/) =0.15V
멀티미터 측정 =0.174V
오차 : 13.7%
: 25ms
전압의 최대 최소값 차: 0.74V
주기 : 55ms
코일의 각속도 : 114rad/s
()
최대전압 = 0.3V
(=/) =0.212V
멀티미터 측정 = 0.231V
오차 : 7.8%
(2)DC단자
: 25ms
전압의 최대 최소값 차: 2.34V
주기 : 70ms
코일의 각속도 : 89.8rad/s
()
최대전압 = 1.95V
(=2/) =1.24V
멀티미터 측정 =1.3V
오차 : 5%
6.결론 및 토의
일단 이번 실험은 S-CA 사용법만 익힌다면야 쉽게 할수 있는 실험이었던것 같다. 이번 패러데이 실험은 자기장이 걸려있는 전동기에 전류를 가하므로서 생기는 유도기전력의 크기를 측정하고 계산값과 이론값을 비교해보는 실험이다. 이번실험같은 경우는 거의 장치에 의존하는 실험이기 때문에 오차가 나타난다면 거의가 기계적인 차원으로 인한 오차이다. 기계적인 차원에서의 오차같은 경우는 내부 선들의 저항으로 인한 전력손실과 전압손실을 꼽을수 있다. 내부저항이 현 장치들보다 더 적은 장치들을 사용했더라면 오차가 더 적었을거라고 보는데 아마 현 장치의 내부저항도 매우 작을거라고 생각한다. 그리고 이번 실험에서는 컴퓨터에 보이는 그래프로 분석을 해야되는데 그래프 화면을 보면 그래프가 곱지 않고 좀 삐죽삐죽 한걸 볼수 있따. 이로 인해 진폭을 어림잡아 정해야 했으며 주기또한 시각에 의존하여 어림잡아 결정해야 했다. 이렇게 눈으로 어림짐작 하여 진폭과 주기를 결정했다는거 역시 오차의 원인이 되었을 것이라고 본다.
한 세기 전 페러데이라고 하는 과학자가 한 이 실험은 우리세상을 전기의 세계로 바꾸어놨다. 그런 역사적인 실험을 완벽히 재현하진 못했지만 그래도 이렇게 실제로 해보니 공학도로서 좋은 경험이 된 것 같다.
7. Reference
E.Hecht 의 일반물리학책
일반물리실험
일반물리학 - halliday
위키피디아
http://physics.skku.ac.kr/mannual/exp15.pdf

키워드

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